태양 에너지-광전지 효과

Photovoltaic Effect의 개념을 배우기 전에 PN Junctions에 대한 기본 지식이 있어야합니다.

PN 접합

PN Junction은 미국 Bell 연구소의 Russell이 발명했습니다. 두 반도체, 즉 P 형과 N 형 사이의 접합을 의미합니다. Russell은 두 반도체가 접합부에서 한 방향으로 만 전도를 일으키는 흥미로운 동작을한다는 것을 발견했습니다.

P 형 반도체는 대부분의 전하 캐리어로 정공 (전자 없음)을 가지고 있습니다. N 형 반도체는 대부분의 전하 캐리어로 전자를 가지고 있습니다.

위에 주어진 다이어그램에서 교차점에서-

추가 전하는 p 측의 양이 음전하를 얻고 중화되도록 반대쪽 접합으로 확산됩니다.
마찬가지로 N 측의 네거티브는 양전하를 얻고 중화합니다.
이것은 여분의 전하가 고갈되어이 영역을 중립과 평형 상태로 만드는 양쪽에 마진 (m)을 형성합니다. 이 지역은depletion layer 양측에서 요금이 부과되지 않습니다.
공 핍층은 잠재적 장벽을 제공하므로이를 극복하기 위해 외부 전압이 필요합니다. 이 과정을biasing.
실시하려면 forward biasing,인가 된 전압은 n- 접합에서 접합의 p- 측으로 전자 (음)를 펌핑해야합니다. 지속적인 전류 흐름은 정공을 채우기 위해 전자의 지속적인 이동을 보장하므로 공 핍층을 가로 질러 전도됩니다.
적용된 전압을 역전시키는 과정에서 reverse biasing, 정공과 전자가 떨어져 표류하여 공 핍층을 증가시킵니다.
외부 부하는 양극 단자가 N면 웨이퍼에 연결되고 음극 단자가 P면 웨이퍼에 연결된 태양 전지에 연결됩니다. 잠재적 인 차이는photovoltaic 효과.

광자에 의해 대체 된 전자에 의해 얻은 전류는 상당한 전위차를 제공하기에 충분하지 않습니다. 따라서 전류는 더 많은 충돌을 일으키고 더 많은 전자를 방출하기 위해 포함됩니다.

태양 전지는 태양 에너지를 포착 할 때 pn 접합의 개념을 활용합니다. 다음 그림은 반도체의 페르미 레벨을 보여줍니다.

반도체가 전도되기 위해서는 전자가 가전 자대에서 전도대까지의 에너지 갭을 통과해야합니다. 이러한 전자는 원자가 갭을 가로 질러 이동하기 위해 약간의 에너지가 필요합니다. 태양 전지에서 태양에서 방출되는 광자는 그 간격을 극복하는 데 필요한 에너지를 제공합니다.

표면에 입사하는 광자는 흡수, 반사 또는 투과 될 수 있습니다. 반사되거나 전달되면 전자를 제거하는 데 도움이되지 않으므로 낭비됩니다. 따라서 원자가 갭을 가로 질러 전자를 제거하고 이동하는 데 필요한 에너지를 제공하기 위해 광자가 흡수되어야합니다.

E _ph 가 광자의 에너지이고 EG가 에너지 갭을 가로 지르는 임계 에너지 인 경우 광자가 반도체 표면에 부딪 힐 때 가능한 결과는 다음과 같습니다.

E_ph < E_G −이 경우 광자는 임계 값에 도달하지 않고 통과합니다.
E_ph = E_G − 광자는 전자를 제거하고 정공 전자 쌍을 생성하는 정확한 임계 값을 가지고 있습니다.
E_ph > E_G− 광자 에너지가 임계 값을 초과합니다. 이것은 전자가 에너지 갭 아래로 다시 이동하기 때문에 낭비이지만 전자-홀 쌍을 생성합니다.

대부분의 경우 반도체의 흡수 계수는 Sun으로부터 에너지를 흡수하는 효율을 결정하는 데 사용됩니다. 낮은 계수는 낮은 흡수를 의미합니다. 따라서 광자가 얼마나 멀리 가는지는 흡수 계수 ( α )와 복사 파장 ( λ )의 계수 입니다.

$$ \ alpha \ : = \ : \ frac {4 \ pi k} {\ lambda} $$

여기서 k 는 흡광 계수입니다.